Vous voulez des matériaux autoformants ? Entrez dans le monde de l’impression 4D
Des chercheurs allemands ont développé un système permettant d’utiliser des imprimantes 3D standard pour imprimer des matériaux 4D qui peuvent ajuster dynamiquement la pression et les mouvements.
Les chercheurs ont développé un nouveau chemin d’utiliser des imprimantes 3D standard pour fabriquer des matériaux auto-ajustables qui imitent une plante grimpante et peuvent être préprogrammés pour changer de forme et se déplacer d’autres manières.
Une équipe composée de scientifiques de l’Université de Fribourg et l’Université de Stuttgart en Allemagne ont développé le nouveau procédé, qu’ils ont basé sur les mécanismes de mouvement d’une plante grimpante, Dioscorea bulbifera— plus communément appelée pomme de terre aérienne — qui grimpe aux arbres en appliquant une pression sur leurs troncs.
La recherche provient en partie du pôle d’excellence des systèmes de matériaux vivants, adaptatifs et autonomes en énergie de l’Université de Fribourg (vivreMatS), qui vise à développer des systèmes de matériaux réalistes inspirés de la nature.
: Des chercheurs allemands recherchent des mécanismes de mouvement bio-inspirés leur permettant d’utiliser des imprimantes 3D standard pour fabriquer des matériaux 4D sur un prototype d’attelle orthopédique imprimée en 4D avec serrage adaptatif.
En effet, l’approche de programmation matérielle pour la conception de systèmes de matériaux autoformés imprimés en 4D développée par l’équipe est basée sur des modèles biologiques, selon un article sur la recherche publié dans Sciences avancées.
L’impression 4D est un terme qui désigne l’utilisation d’imprimantes 3D pour développer des matériaux pouvant répondre à des stimuli externes ou être préprogrammés pour se déplacer seuls. En règle générale, ce type d’impression ne pouvait être effectué qu’à l’aide de matériaux et d’imprimantes spécialisés, sur mesure et coûteux.
Nouvelle approche
Les travaux des chercheurs allemands modifient ce scénario en créant des matériaux qui peuvent se déplacer en réponse à l’humidité à l’aide d’imprimantes 3D standard, ont déclaré les chercheurs.
« La méthodologie est démontrée en transférant le principe de génération de force par une usine de jumelage (Dioscorea bulbifera) à l’application d’une attelle auto-serrante », a écrit l’équipe dans le journal. « Par la mise en tension de son hélice de tige, D. bulbifera présente une force de compression sur son support pour assurer la stabilité contre la gravité.
La pomme de terre aérienne grimpe à un arbre en s’enroulant d’abord sans serrer autour d’un tronc d’arbre. Ensuite, il pousse des «stipules», ou excroissances basales de ses feuilles, qui augmentent l’espace entre la tige sinueuse et le tronc pour créer une tension dans la tige sinueuse de la pomme de terre aérienne.
Les chercheurs ont imité les mouvements de la plante dans un système de matériaux modulaire avec des structures en couches qui peuvent se plier dans différentes directions et à différents degrés pour former une structure en hélice pour faciliter le mouvement des matériaux, ont-ils déclaré.
Plus précisément, le mécanisme de mouvement est une structure enroulée qui se resserre en dépliant des «poches» qui imitent la pression exercée par la pomme de terre sur un tronc. Le mécanisme peut ensuite se desserrer de lui-même lorsque les « poches » se libèrent et que la structure enroulée revient à son état ouvert, ont déclaré les chercheurs.
Les matériaux fabriqués par l’équipe peuvent changer de forme entièrement ou en parties individuelles à l’aide de cette structure, ont-ils déclaré.
Applications et travaux futurs
Pour prouver leur conception et montrer les applications potentielles des matériaux, les chercheurs ont transféré les mécanismes de mouvement bio-inspirés à un prototype d’attelle orthétique imprimée en 4D avec serrage adaptatif, ont-ils déclaré. L’appareil montre comment les matériaux peuvent s’adapter spontanément aux différences de formes et de tailles du corps humain, et même à travers un membre, ont-ils écrit dans le journal.
« Pour mettre en œuvre une attelle poignet-avant-bras à serrage automatique, nous avons utilisé une approche de modélisation inverse descendante pour concevoir l’appareil pour un utilisateur spécifique », ont écrit les chercheurs.
Actuellement, le système ne peut être utilisé que pour imprimer avec des matériaux qui réagissent à l’humidité, ont déclaré les chercheurs. Cependant, ils espèrent poursuivre leur travail en l’adaptant à différents types de matériaux, a déclaré Thomas Speck, professeur travaillant à vivreMatS à l’Université de Fribourg.
« Nous espérons qu’à l’avenir, des matériaux peu coûteux qui répondent également à d’autres stimuli seront disponibles pour l’impression 3D et pourront être utilisés avec notre processus », a-t-il déclaré dans un communiqué de presse.
